Análise temporal das incertezas (epsgramas)

Segundo Johnson e Bowler (2009), um conjunto de previsões é definido para ser confiável se a frequência observada do evento, para uma dada probabilidade de previsão, é igual à probabilidade da previsão. A definição significa que os membros de previsão são estatisticamente idênticos ao valor verdadeiro num senso de distribuição de

67 probabilidades, ou seja, em ambos os casos é possível representar o mesmo fenômeno. A previsão determinística é realizada em torno de um único valor de uma variável num certo instante. Pode-se calcular um valor climatológico de desvio em relação às observações, mas apenas em torno desse valor. A previsão probabilística proporciona o conhecimento da incerteza em relação à própria previsão por meio de uma gama de soluções geradas para uma variável em um determinado instante.

Uma forma rápida e versátil de análise das soluções é utilizar meteogramas em gráficos cilíndricos com indicadores de máximos e mínimos, quartis de 25% e 75 % e mediana (ver capítulo 3.6). A ideia é representar em apenas um gráfico a variabilidade das previsões de modo a informar a tendência e a incerteza do conjunto para a tomada de decisão do meteorologista previsor. A apresentação da variação dos membros do conjunto é fundamental, pois a precipitação é uma variável resultante de processos físicos complexos e a incerteza das soluções é maior que em variáveis contínuas como geopotencial em 500 hPa e temperatura em superfície.

Resultados das previsões por conjunto para o caso de 27 e 28 de outubro de 2005 (figura 4.1) mostram a grande variabilidade das previsões de precipitação para a bacia do rio Iguaçu. A partir das primeiras 6 horas de simulação, com precipitação média na bacia abaixo de 5 mm o conjunto apresenta valores entre 0 mm e 5 mm. Supõe-se que, neste período, há diferenças na conversão de água na nuvem em precipitação e também diferença no início da convecção. Depois de 18h de simulação, a quantidade de precipitação aumenta e praticamente todas as previsões geraram chuva intensa sobre a bacia, indicando que o mecanismo de início de convecção de todos os membros de previsão foi disparado. Pela mediana (traço preto dentro das caixas cilíndricas no gráfico) observa-se que há uma tendência de chuva em torno de 10 mm. As simulações para o dia seguinte mostram um comportamento semelhante no período compreendido entre 36 e 42 horas.

Não há uma diferença sistemática entre os picos mínimos e máximos. Os valores mínimos são encontrados no início do período de chuva e os máximos aparecem distantes em praticamente todas as simulações de precipitação acima de 10 mm.

68 Figura 4.1: Gráfico do conjunto de previsão de precipitação horária para os dias 27 e 28 de outubro de 2005. As simulações iniciam a 00 UTC com variações nos modelos de microfísica e convecção e três simulações defasadas, 6, 12 e 18 UTC. A linha contínua escura representa a precipitação observada média na bacia do Rio Iguaçu obtida por radar, rede de pluviômetros e satélite.

69 Observou-se nos experimentos que em casos de chuva estratiforme a incerteza do conjunto é menor, ou seja, o espalhamento entre os membros do conjunto é menor do que na chuva convectiva. Por exemplo, nas simulações do dia 11 de setembro de 2005 (figura 4.2) a partir da trigésima hora de simulação o espalhamento diminui significativamente com variação de apenas 3 mm, mostrando uma grande concordância das previsões.

Interessante notar que neste dia, na previsão da 18ª hora, o espalhamento corresponde a mais de 60 % do valor máximo, indicando uma grande incerteza no conjunto de simulações.

Figura 4.2: Gráfico do conjunto de previsão de precipitação horária para os dias 11 e 12 de setembro de 2005. As simulações iniciam a 00 UTC com variações nos modelos de microfísica e convecção e três simulações defasadas, 6, 12 e 18 UTC. A linha contínua escura representa a precipitação observada média na bacia do Rio Iguaçu obtida por radar, rede de pluviômetros e satélite.

70 Nos dias 10 e 11 de julho de 2009, o descolamento entre as curvas da precipitação observada e do conjunto de previsões (figura 4.3) pode indicar um erro na simulação da convecção do fenômeno. Nesse dia banda de precipitação se propagou no sentido noroeste – sudeste devido à formação de vórtice em níveis médios gerado parte posterior do lado polar do jato subtropical e que, depois de 20h gerou uma ciclogênese no leste da região sul do Brasil. O modelo WRF não conseguiu identificar a banda de precipitação e, portanto, subestimou a precipitação com todos os membros. O conjunto obteve a fase do fenômeno, porém não foi possível simular a amplitude da precipitação corretamente.

Figura 4.3: Gráfico do conjunto de previsão de precipitação horária para os dias 10 e 11 de julho de 2009. As simulações iniciam a 00 UTC com variações nos modelos de microfísica e convecção e três simulações defasadas, 6, 12 e 18 UTC. A linha contínua escura representa a precipitação observada média na bacia do Rio Iguaçu obtida por radar, rede de pluviômetros e satélite.

O caso de 01 e 02 de agosto de 2009 (figura 4.4) ficou caracterizado pela grande divergência das previsões para o segundo dia de previsão. O valor máximo do conjunto

71 foi quatro vezes maior que o valor médio. Embora o pico esteja muito acima da mediana, o conjunto não é tão divergente do valor médio observado. Este caso é um exemplo que a maioria das simulações indicou uma boa previsão. Se o membro que atingiu o valor máximo de precipitação fosse a previsão determinística o erro seria de mais de 400 % em relação ao observado.

Figura 4.4: Gráfico do conjunto de previsão de precipitação horária para os dias 1 e 2 de agosto de 2009. As simulações iniciam a 00 UTC com variações nos modelos de microfísica e convecção e três simulações defasadas, 6, 12 e 18 UTC. A linha contínua escura representa a precipitação observada média na bacia do Rio Iguaçu obtida por radar, rede de pluviômetros e satélite.

As simulações para os dias 25 e 26 de abril de 2010 (figura 4.5) formaram um exemplo de um conjunto de grande incerteza para o meteorologista. A divergência das previsões em todo o ciclo de integração foi muito grande, além de um erro de fase

72 próximo a 32 horas de simulação. O espalhamento das previsões ocorreu em toda a integração e em diversas situações o valor mínimo foi de 0 mm e máximo acima de 6 mm.

Este é um caso em que a tomada de decisão é muito difícil devido à grande incerteza inerente à própria previsão do conjunto.

Figura 4.5: Gráfico do conjunto de previsão de precipitação horária para os dias 25 e 26 de abril de 2010. As simulações iniciam a 00 UTC com variações nos modelos de microfísica e convecção e três simulações defasadas, 6, 12 e 18 UTC. A linha contínua escura representa a precipitação observada média na bacia do Rio Iguaçu obtida por radar, rede de pluviômetros e satélite.

73